Giải Nobel Y học năm 2021: Mở khóa bí mật về xúc giác của con người

Nhà khoa học David Julius, được trao giải Nobel Y học năm nay đã dùng capsaicin - một hợp chất cay từ ớt có thể gây cảm giác nóng - để xác định một cảm biến trong các đầu dây thần kinh của da phản ứng với nhiệt.

Trong khi đó, nhà khoa học Ardem Patapoutian dùng các tế bào nhạy cảm với áp suất để khám phá ra loại cảm biến mới phản ứng với các kích thích cơ học ở da và các cơ quan nội tạng.

Những khám phá của họ “đã cho phép chúng ta hiểu được cách thức mà cái nóng, cái lạnh và lực cơ học có thể kích hoạt các xung thần kinh cho phép chúng ta nhận thức và thích nghi với thế giới xung quanh. Kiến thức này đang được sử dụng để phát triển các phương pháp điều trị cho một loạt các bệnh, bao gồm cả những bệnh đau mãn tính” - Ủy ban Nobel cho biết.

Khởi đầu từ thập niên 90, các nhà khoa học đã kết nối các con đường phân tử chuyển nhiệt và áp suất được phát hiện trên da với các xung thần kinh do não bộ cảm nhận được. Julius và các đồng nghiệp của ông đã bắt đầu công trình với việc tạo ra một thư viện gồm hàng triệu đoạn DNA chứa các gen được tìm thấy trong các tế bào thần kinh cảm giác.

Bằng cách thêm lần lượt các gen vào các tế bào thông thường không phản ứng với capsaicin, cuối cùng họ đã phát hiện ra một gen duy nhất chịu trách nhiệm cho cảm giác nóng rát tạo ra bởi capsaicin. Gen mà họ phát hiện cho các tế bào khả năng tạo ra một loại protein gọi là TRPV1, loại protein này được kích hoạt ở nhiệt độ đủ nóng để cơ thể coi là đau đớn.

Cả Julius và Patapoutian đều độc lập sử dụng tinh dầu bạc hà để phát hiện ra một protein khác, TPRM8, được kích hoạt bởi nhiệt độ lạnh, cũng như một số protein khác kích hoạt ở các phạm vi nhiệt độ khác nhau.

Dựa trên công trình này, Patapoutian và các đồng nghiệp của ông đã tạo ra một thư viện gồm 72 gen mà họ nghi ngờ là các bản thiết kế được mã hóa để tạo ra các thụ thể đối với áp suất cơ học. Bằng cách cẩn thận vô hiệu hóa từng gen này trong tế bào, họ phát hiện ra rằng, một trong những gen này đã tạo ra một loại protein thúc đẩy tế bào tạo ra một tín hiệu điện cực nhỏ mỗi khi chúng bị kích động.

Cơ quan thụ cảm (hay thụ thể) mà họ phát hiện không chỉ quan trọng cho việc cảm nhận lực cơ học mà còn được sử dụng theo nhiều cách khác nhau để duy trì mạch máu, cùng với vai trò mà các nhà khoa học đề xuất trong việc điều chỉnh huyết áp của cơ thể.

Ngay sau phát hiện đó, họ đã tìm thấy một thụ thể protein thứ hai rất quan trọng trong việc cảm nhận vị trí và chuyển động của cơ thể, một cảm giác được gọi là cảm giác nhận thức. Họ đặt tên cho hai thụ thể là Piezo1 và Piezo2, theo từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là áp suất.

Những khám phá không chỉ giúp giải thích cơ chế đằng sau trải nghiệm cảm giác như nhiệt độ và áp suất, mà còn mở ra một thế giới vô vàn khả năng cho các loại thuốc mới tác động vào các thụ thể - từ thuốc giảm đau đến thuốc có thể làm giảm huyết áp trên các mạch máu và các cơ quan.

Joseph Erlanger và Herbert Gasser, hai người cùng nhận giải Nobel Y học năm 1944, là những người lần đầu tiên phát hiện ra các tế bào thần kinh chuyên biệt phản ứng với cả những cú chạm gây đau và không đau.

Trước đó, chủ nhân giải Nobel Y học 2020 là 3 nhà khoa học Harvey J. Alter và Charles M. Rice và Michael Houghton, những người đã phát hiện ra virus viêm gan C.